[发明专利]一种测试多孔材料渗透率的装置及方法

说明书

本发明公开了一种测试多孔材料渗透率的装置及方法，属于材料测试技术领域。该方法根据达西定律将测试材料制成圆柱/圆盘形试件放入注射器，然后利用材料试验机控制液体压力，通过测试计算出液体通过该材料的速度进而得到该材料的渗透率系数。该方法可作为测试表征多孔材料孔隙率及液体通透/渗透性的方法。该测试技术不仅操作简单，而且测试精度高，有望推广成为其它多孔材料孔隙特征的测试技术，在材料测试工程领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种测试多孔材料渗透率的装置及方法，属于材料测试领域。

背景技术

多孔材料，如人工骨、泡沫材料、多孔金属等被广泛应用于工程领域。为了达到材料的某种性能，人造孔隙成为一种兴起的技术。表征材料的物理特性有强度、硬度等指标，而渗透率常常被工程材料的设计者忽略，特别是对设计出的多孔材料的渗透率的测试成为业界的一大难题。在骨组织工程支架材料领域，良好的渗透性能无疑是决定该支架材料能否被人体成功吸收的前提条件。但是目前国内外在骨支架材料的制备中很少考虑其渗透性能，以至于跟天骨的渗透相容性相差较远。因此如何快速简单测试材料的渗透系数这一问题摆在了各工程领域的面前。

发明内容

本发明旨在提供一种测试多孔材料渗透率的装置及方法。该方法可作为测试表征多孔材料孔隙率及液体通透/渗透性的方法，该测试技术不仅操作简单，而且测试精度高，有望推广成为其它多孔材料孔隙特征的测试技术，在材料测试工程领域具有潜在的应用价值。

本发明提供了一种测试多孔材料渗透率的装置，包括材料试验机、注射器，所述注射器底部设有固定支座，注射器通过固定支座立在材料试验机的试验台上，注射器内腔室放置水，底部出口处设有由待测试材料制成的圆柱或圆盘形试件，试件通过第一密封垫和第二密封垫固定在注射器的出口；位移和压力的数据通过试验机的传感器在计算机上显示。

上述装置中，所述第一密封垫和第二密封垫采用注射器活塞的胶头，将胶头中间挖孔后置于注射器的出水底部；第一密封垫和第二密封垫的外径为D，内径为d。第一密封垫和第二密封垫相对较薄较硬，可以忽略其变形。

上述装置中，所述的注射器为医用注射器，内径为30mm～45mm，容量为60ml～150ml。内径与容量的对应关系为：①内径30mm、容量60ml；②内径35mm、容量100ml；③内径37mm，容量100ml；④内径40mm、容量150ml；⑤内径45mm、容量150ml。

上述装置中，所述的材料试验机为Instron 5544，配有500N和1000N的力传感器，精度为1微牛，位移精度为1微米。

本发明提供了一种测试多孔材料渗透率的方法，包括以下步骤：

(1)将注射器(内径D)的出水一端先放入第一密封垫密封；

(2)放入被测试件：将多孔材料打磨制成的试件放入密封橡胶垫I的上面，并记录试件的厚度h；

(3)放入第二密封垫：将第二密封垫(外径D，内径d)放入注射器并与试件压实；

(4)注水并排空空气：往注射器腔体内注水至制定的水位，将注射器倒置排出腔体内的空气；

(5)材料试验机加压：在实验中设置压力F₀，并保持t分钟，观察水柱的下降高度z₀，并记录，然后第i次时设置压力为F_i保持t分钟，观察记录液面下降的高度z_i，这样共重复n+1次；

(6)将F_i、z_i、d、t、i，及水的粘度η带入公式即可求出该材料的渗透系数K。

所述压力F_i单位为牛，液面下降的高度z_i也为压头下降的距离，可以由计算机读数给出。